六、远动数据的选择

数据库系统是远动系统中的一个重要部分，所谓数据库即一大批按一定形式组成起来的数据集合，这些数据一般存储在磁盘、内存中，这些数据包括远动系统中各个变电所的各类参数，实时数据，历史记录数据以及各种监视画面等。

1.数据库简介

在计算机的三大主要应用领域——科学计算、数据处理与过程控制中，数据处理约占70％以上的比重。计算机作为信息处理的工具，为适应数据处理需求的迅速提高，满足各类信息系统对数据管理的要求，在文件系统的基础上发展了数据库系统。数据库技术产生于20世纪60年代末，其主要目的是有效地管理和存取大量的数据资源。数据库技术主要研究如何存取、使用和管理数据，是计算机数据管理技术发展的新阶段。数据库系统由五部分组成：硬件系统、数据库集合、数据库管理系统及相关软件、数据库管理员和用户。

2.数据库管理系统（DBMS）

数据库系统可通过处理数据来达到充分合理地、有效地利用信息资源。数据库管理的基本目的是使一个组织或企业能改善对它的数据资源的使用和控制，这大体分为如下三个方面：

（1）数据库管理的目的

①减少数据冗余度，实现数据资源共享。

文件系统下的用户各自建立自己的文件，数据不能共享，造成数据大量重复，不仅浪费存储空间，而且增加系统开销，更为严重的是容易造成数据的不一致性。用数据库管理与处理数据，使数据不仅减少重复，而且还使数据保持一致性，使不同用户能从不同角度、不同目的去共享数据库管辖的数据资源。

②使数据具有独立性，提高应用程序的生命力。

在文件系统中数据和程序相互依存，一旦数据结构变更，与这些数据有关的程序都必须重新编写（或修改）和调试，这无形中浪费了人力和时间，增加了开支。有人统计过这项开支约占总开支的25％，而用数据库系统则因其具有自我维护功能和模式间的映象能力，大大减少了对应用程序维护的要求。

③实现数据集中管理，提高安全性和完整性。

在文件系统下，各个文件没有统一管理机制，其安全性、完整性无法得到保证。只有将数据资源统一置于数据库管理之下，从总体上分级采取措施，才能改善其数据的安全性和完整性。

（2）数据库管理系统的功能

①初建数据库时，理解用户的定义，自动生成数据库。

②检索数据。

③对数据库记录进行更新。

④进行数据库的数据间运算。

⑤防止多个任务同时存取。

⑥具有数据库内容的转储记录功能。

（3）数据库管理系统的任务

①允许程序和数据的分离，也就是说，它将有可能进行彼此互不依赖的数据库更新和程序更新。

②支持多种数据结构，负责数据的存储。

③完成安全的测量，避免包括硬件和软件的错误还有偷窃和破坏行为。

3.数据模型

微机远动系统的数据库设计原则：

A.数据模型必须包括所有必要的数据。

B.每一数据单元、存取线路数据和处理数据必须分开保存。

C.数据必须具有多级结构。

D.数据的特征和种类也是数据。

E.每一数据单元必须是可命名的。

F.外部装置接口不允许用来确定数据结构。

G.对各个对象分别命名描述，同类可以按一定规则合并。

H.数据模型的结构必须简单并且可无变化地适应新要求。

微机远动系统的数据库不同于一般的商用数据库系统，它是根据特定的系统特点和要求来建立数据库的，在数据库中不仅要详细描述微机远动系统对被控系统的处理，而且要描述微机远动系统本身，以及微机远动系统对数据的处理、显示，即数据库不仅有对被控系统地描述数据和被控系统运行的数据，还要有微机远动系统工作过程的数据。

在SCADA系统中，数据库包含的数据可归纳为四大类。

①需要采集来自SCADA系统本身表明运行状态的数据。

②需要采集的被控系统数据，即对被控系统的实时监测数据。

③对被控系统数据的描述数据和系统的配置数据。

④通过对来自被控系统的采集数据经过某些操作或计算机处理后的数据和被控系统的固有数据。

数据模型的结构应该是严格遵循被控系统结构。在微机远动系统中软件运行依赖于所输入的被控对象系统数据模型，而不是直接取决于被控对象的当前物理状态，所以数据模型关系是否能准确地将被控系统对象的状态反映到计算机系统的运行中去，也关系到计算机系统的运行结果是否符合被控系统的运行实际。

例如对于牵引供电系统来说，其数据模型是由对象定义和当前实际状态两个部分组成，即由索引信息、显示信息、通道地址信息、报警信息和转换信息等组成。从系统调度员的角度上看，牵引供电系统是由众多的供电设备所组成，例如线路、断路器、隔离开关等，这些供电系统设备就是数据模型的对象。通过对供电设备、性质和被控站点的描述，由此构成牵引供电系统数据对象的定义内容。SCADA系统的数据模型由站名、元件类型、元件名及状态组成。

（1）实体间的联系

由于现实世界中实体间被此关联，因而描述实体的数据也是相互联系的。这种联系有两种：一种是记录内部即字段（或数据项）之间的联系，体现实体内部属性之间的联系；另一种是记录之间的联系，体现实体与实体之间的联系。

实体之间的关系虽然复杂，但抽象化后，可归纳成三类：

①1：1（one-to-one）关系。

实体集E1和E2，如果E1，中的每一个实体至多和实体集E2中的一个实体有联系，则定义E1、E2为1：1关系”。

②1：m（one-to-many）关系。

如有两个实体集E1和E2，E1中每一个实体与E2中任意个实体有关，而E2中每个实体至多和E1中一个实体有关，则定义E1、E2为“1：m关系”。

③m：n（many-to-many）关系。

假如两个实体集E1、E2中每一个实体都和另一个实体集中任意个实体有关，则定义这两个实体集为“m：n关系”（即多对多关系）。

（2）数据模型

数据库系统中表示实体与实体之间关系的模型称为数据模型。数据模型包括两个方面：一方面是表达数据和关系的数字表示；另一方面是有关的运算。数据模型不同，数据库的种类就不同。传统的数据模型有以下三种：

①层次模型。

用树形结构表示实体之间联系的模型称为层次模型。树的结点表示实体集（记录集），连线表示相连两实体之间的关系。这种关系只能是“1：m关系”或“1：1关系”。图2-9所示为层次模型。图2-9中结点1为根，结点2，3，4都是1的子树，而结点5，6，7，8，9是叶子。

在现实世界中，许多实体间的关联本身就是一个自然层次关系。例如，行政机构、家族关系都是层次关系。图2-10所示为学校行政机构的数据模型。

表示1：1关系和1：m关系用层次模型既直接又方便，但有两个限制：

a.树的最高结点一根只有一个；

b.系、处、研究所表示层次模型的层。

②网络模型。

如果每个结点可以有多个父结点，便形成了网络，又称为丛。用网络结构来表示实体之间联系的模型称为网络模型。网络模型可直接表示m：n关系。

网络模型和层次模型，从逻辑上看都是用连线表示实体间的联系，用结点表示实体集。图2-11示出网络结构的例子。

③关系模型。

用二维表格数据来表示实体和实体之间联系的模型称为关系模型。数据看成二维表中的元素，每一行相当于一个记录值。每一列是一个属性值集，列可以命名，称为属性名。属性名的取值范围称为域。

二维表就是实体与实体间的关系，表中每一行是一个元组，关系是元组的集合。如表中有双列，则称该关系为双元关系。必须指出：

a.每一列属性是不能再分的基本字段；

b.各列具有相异的名字；

c.各行必须不同，即不允许有重复元组；

d.行、列的次序均无关。

在牵引供电监控系统中，根据以往对牵引供电监控系统的研究和现场实际运营的经验，数据库设计时应遵循以下一些基本原则。

①数据模型必须包活所有必要的数据。

②每一个数据单元、每一个数据单元组必须是可命名的。

③过程运行的数据、存取线路数据和处理数据必须分开保存。

④数据必须具有多级结构。

⑤数据的特征和种类也是数据。

⑥外部装置接口不允许用来确定数据结构。

⑦对各个对象一一分别命名描述，同类可以按一定规则合并。

⑧数据模型的结构必须简单并且可无变化的适应新要求。

在SCADA系统中，数据库包含的数据可归纳为四大类：

①需要采集的非牵引供电系统数据——来自SCADA系统本身表明系统运行状况的数据。

②需要采集的牵引供电系统数据——来自SCADA系统本身表明系统运行状况的数据。

③不需要采集的非牵引供电系统数据——对牵引供电系统数据的描述数据和系统的配置数据。

④不需要采集的牵引供电系统数据——通过对来自牵引供电系统的采集数据经过某些操作或计算机处理后的数据合牵引供电系统的固有数据。

4.远动数据结构

（1）位结构

遥信是位结构，即一位代表一个开关，对于这种结构的信息一般只能用汇编语言来处理。

（2）字节结构

这是远动数据的基本结构，8位一个字节，可代表8位二进制数，也可代表两个BCD码或8个不同开关的状态。

（3）字结构

这是两个字节的组合，16位可代表一个完整的远动数据，即可以是二进制数，又可表示三位BCD码和特征位，也可表示含16个开关的远动遥信字。

（4）双字结构

这种结构仅用于双精度远动数据，既可为二进制数，也可为码。

5.远动的码制

分析在远动系统中主要采用的数据及数据结构，并且分析每种数据及数据结构应用的场合，在哪种情况下使用。数据的存储以及远动的基本码制的选择。

（1）二进制码

这是调度端远动同微机远动终端RTU以及同后台机通信中采用的一种码制，一般为带符号二进制数，首位为符号位，以下15位为数字，负数用补码表示。

（2）BCD码

这是所有布线逻辑远动以及模拟屏上等离子显示器所采用的码制，一般为三位BCD码，经常会发生ASCII之间的转换。